石英玻璃晶圆双抛过程破裂的原因

双面抛光过程

为石英玻璃晶圆机械加工的最后一步，也是加工周期最长、控制产品质量最为关键的一步。双面抛光后的石英玻璃晶圆产品表面缺陷主要包括麻点、划伤、崩边、裂纹、破碎几方面。麻点及划伤可以主要通过对抛光环境进行控制来避免，也可以进一步修复。而崩边、裂纹、破碎（下文统称破裂）这类不可修复缺陷的出现，主要是由于双面抛光设备施加压力和运转速度不当造成的，一旦出现此类缺陷，产品无法修复只能报废。因此超薄石英玻璃晶圆加工难点主要集中在降低破裂缺陷，提高成品率方面。

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破裂缺陷的确定

破裂缺陷的产生原因

在双面抛光过程当中，晶圆的运动状态决定于上盘转速、下盘转速、太阳轮转速以及其承受各种作用力，晶圆在游星轮的带动下做行星运动与自转运动的合成复杂运动。所以纯粹的研究双面抛光过程中的石英玻璃晶圆的整体受力状况是一件极为复杂的事情。但从实际生产过程当中的统计结果可以得知，石英玻璃晶圆的破裂缺陷总是首先从晶圆边缘处出现。因此，石英玻璃晶圆的破裂临界值取决于其边缘强度。对石英玻璃晶圆边缘处进行的局部受力分析，可以从一定程度上解释破裂缺陷产生的主要原因。

无论是在加工还是在使用过程当中，石英玻璃晶圆的边缘的强度都是值得注意的地方。因此，在生产过程中通常会对石英玻璃晶圆的边缘进行如图 2 所示的保护性倒角处理，合适的倒角工艺能够有效提高晶圆边缘强度。即便如此，在不当的生产工艺和严格的使用环境下，石英玻璃晶圆的破裂缺陷还是会在倒角处出现。图 3（a）中对选取的晶圆倒角处单位面积为 A 的局部位置进行了受力分析。其中，θ 为倒角角度；F1 为单位面积 A 处晶圆承受的垂直方向作用力；F2 为单位面积 A 处晶圆承受的水平方向作用力。在双面抛光过程中，F1 主要源自于双面抛光机上盘施加的压力，F2 则主要是晶圆在转动过程中向    心力与游星轮对其反向作用力的合力。

在图 3（b）和图 3（c）中，分别对 F1 和 F2 进行受力分解，将其分别分解为垂直于倒角面的正向力 P1、P2和平行于倒角面的切向力 T1、T2。对于单位面积 A 处的晶圆，其所承受的正向力和切向力的合力。石英玻璃晶圆在双面抛光过程中破裂的主要原因是由于其边缘所承受的切应力和正应力超过晶圆机械强度极限。在超薄石英玻璃晶圆的加工过程中，由于晶圆厚度极小（通常小于 0.3mm），其保护性倒角的总面积也随之锐减。所以在受力和运动状态相同的情况下，由于超薄石英玻璃晶圆单位面积 A 远小于普通晶圆，因此其承受的正应力和切应力也随之大幅提高，极易超出晶圆机械强度极限，从而造成破裂缺陷的产生。